繊維強化型審美性矯正用ワイヤーの臨床応用のための材料特性の改良と生体安全性の評価

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10357019
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 今井 徹 北海道大学, 歯学部, 助教授 (40160030)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 亘理 文夫 北海道大学, 歯学部, 教授 (70158682) ; 山本 隆昭 北海道大学, 歯学部附属病院, 講師 (40230560) ; 山方 秀一 北海道大学, 歯学部, 助手 (70292034) ; 小林 雅博 千葉工業大学, 工業化学科, 助教授 (20083868)
• Keywords: 歯科矯正用ワイヤー / 複合材料 / 審美性歯科材料 / 繊維強化型プラスチック(FRP) / 生体材料 / CPSAガラス繊維 / 機械特性 / 3点曲げ試験

Research Abstract

今年度の当該研究の主な成果は次の通りであった。1.引き抜き成形法による繊維強化型審美性矯正用ワイヤー(FRP ワイヤー)の疲労破壊の状況を調べたところ、破壊荷重が大きい場合にはワイヤー表面のガラス繊維の弱い部分で不規則な破断が見られ、破断荷重が小さい場合にはワイヤー表面に微細な亀裂が生じ、進展して破断していた。2.CPSAガラス繊維を純水(pH6.5)、人工唾液(pH6.0)、リン酸水溶液(pH2.6)、クエン酸水溶液(pH2.7)に浸積し溶出試験を行ったところ、溶出量はクエン酸が最も多く、次にリン酸、人工唾液、純水の順であった。溶出率はCPSAガラス繊維1gあたり0.05%と極めて微量であった。3.引き抜き形成法ではFRPワイヤーをアーチ形にすることが困難であった。そこで熱重合法と光重合法によるワイヤーの形成を試みた。熱重合法では強化繊維にCPSAガラス繊維、マトリックス材にPMMAを用いた。本法では低い繊維体積分率で細いアーチ形ワイヤーの作成が可能であった。光重合法では、マトリックス材にUDMAを用い、作成工程を構築した。4.トルク力を発揮させるための断面形状が角型FRPワイヤーを光重合法にて試作した。マトリックス材にコンポジットレジン(CR)を用いたところ、ねじり荷重はマトリックス材のフィラー含有量に依存していた。5.成形法の異なる3種類(引き抜き成形法、熱重合法、光重合法)のFRPワイヤーの材料科学的特性を比較した。その結果、(1)全光線透過率、弾性率、最大たわみ量は3種類とも同等、(2)熱重合法や光重合法はアーチ形に成形することが可能、(3)光重合法は寸法精度や作業性が最も良かった。6.FRPワイヤーをブラケットに挿入し結紮すると、スロットの近遠心辺縁部で剪断力が加わり破折が生じる。それを減少する目的で、辺縁に丸みを付与しブラケットウィングを改造した。その結果、たわみ量2.2mmで鋸歯状の荷重降下が始まるが大きな荷重降下を示さず、永久変形量も0.2mmと小さかった。

Research Products

• [Publications] Imai, T., Watari, F., Yamagata, S. et al: "Effects of new esthetic wire under water immersion on mechanical properties"American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 116・5. 533-538 (1999)
• [Publications] Imai, T., Yamagata, S., Watari, F., et al: "Dependence of the mechanical properties of FRP orthodontic wire on temperature"Dental Material Jourunal. 18・2. 167-175 (1999)
• [Publications] 豊泉裕、亘理文夫、今井徹、その他: "光重合法による曲げおよびねじり剛性を有する審美性矯正ワイヤーの試作"歯科材料・器械. 18・6. 429-440 (1999)